电力系统稳定控制与PMU技术的应用研究.pdf

PMU 技术主要应用于电力系统的运行数据监测方面，运用 PMU 技术能够有效强化电力系统状态估计的精准性，进而在此基础上，有效提高对电力系统的控制、保护以及监测实效。PMU 技术经多年研发探索，目前已广泛应用于电力系统运行状态评估、动态检测、电力试验以及稳定调控等方面。为进一步深化 PMU 技术在电力系统稳定控制中的应用，文章主要对电力系统稳定控制与 PMU 技术的应用展开研究。1 PMU技术概述在我国电力系统持续发展与优化的背景下，随着电力系统功能的多样化、复杂化发展，现阶段电力系统中的监控及数据采集模块（supervisory control and data acquisition，SCADA）已经无法满足目前电力系统的稳定运行及控制需求，而基于同步相量测量单元（phasor measurement unit，PMU）技术的广域测量系统（wide area measurement system，WAMS），逐渐成了现阶段提升电力系统控制稳定性的高效技术措施之一。由于 PMU 技术在实际应用期间可以测量同步相量，故而在电力系统的控制策略仿真、潮流计算及故障定位等方面起到了至关重要的作用，进而逐渐成为目前电力系统落实调度自动化的重要组成部分之一。一般情况下，PMU 技术主要应用于电力系统的数据检测方面，通过加强对电力系统日常运行期间相关数据信息的采集力度，进而达到提升电力系统运行状态分析方面的精准性、可靠性以及全面性，基于最终分析结果并结合实际情况，在合理范围内对电力系统进行针对性优化、保护、控制以及检测等相关作业。随着我国社会的不断进步，人们对电力需求程度也逐渐提高，无论是日常生活还是工作，均存在对电力供应层面的个性化需求，在此背景下，对电力系统运行与控制的稳定性提出了更高的要求，为有效加强电力系统控制的稳定性，PMU 技术被广泛运用于各大电网系统中。通过对部分电网系统配置 PMU 技术的成功案例进行分析，可以发现在使用 PMU 技术的电力系统中，电压幅值、相角精准系数等相关参数的获取精准性、全面性存在较大提升，因此，PMU 技术能够被广泛应用于电力系统的稳定控制、动态监测、电力实验以及状态评估等相关方面中。2 PMU技术原理PMU 技术能够顺利应用的原理是，通过 GPS 信号同步测量与分析功能，对电力系统在运行期间所产生的电压数据、电流数据等信息，进行测量和分析，从而提供具有较高精准性、时效性以及完整性的频率、幅值及相位等相关信息，PUM 数据处理基本原理如图1所示。利用 GPS 系统实现动态化获取高精度授时信号的效果，并将其作为电压与电流的采样，而后通过对采样数据的深度分析，实现对相量的明确效果。摘 要随着我国电力行业的快速发展，PMU 装置接入量大幅增加，对电力系统的运行造成较大影响。如何有效保证电力系统长期安全、稳定运行，切实强化电力系统控制实效，是实现电力行业高质量发展的关键。文章主要阐述了 PMU 原理，并研究了电力系统稳定控制与 PMU 技术的应用。关键词电力系统；稳定控制；PMU 技术中图分类号TM712 文献标志码A 文章编号20956487（2023）05008503Research on the Application of Power System Stability Control and PMU TechnologyMENG Zhoujiang，LIN HuipinAbstractWith the rapid development of Chinas power industry,the number of PMU devices connected has significantly increased,which has had a significant impact on the operation of the power system.How to effectively ensure the long-term safety and stable operation of the power system,and effectively strengthen the effectiveness of power system control,is the key to achieving high-quality development of the power industry.Based on this,the article mainly analyzes the relevant concepts and principles of PMU,and studies the application of power system stability control and PMU technology,in order to provide reference and reference for improving the efficiency and quality of dynamic monitoring of power system operation.Keywordspower system;stable control;PMU technology电力系统稳定控制与P MU 技术的应用研究孟周江1，林辉品2（1.国网浙江省电力有限公司杭州市富阳区供电公司，浙江杭州311400；2.杭州电子科技大学，浙江杭州310018）基金项目：浙 江 省 属 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金（GK229909299001-404）今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application86 2 0 2 3.5 今日自动化2 0 2 3 年第5 期2023 No.5基于离散傅里叶变换达到基频分量的采集目的，进而实现对电力系统实际运行期间，不同运行阶段的数据信息动态化采集效果。另外，PMU 技术在实际应用期间，可以根据电力系统具体需求与控制标准，将PMU 设备安装至电力系统的各个节点中，从而基于全面性、完整性以及实时性角度，达到对电力系统运行状态的检测效果。需要注意的是，幅值、相角以及向量等相关数据需要基于同步测量方式进行获取，同时可以利用 GPS 技术中的时间传递功能，完成相角的测量任务，以此确保时间精准性，降低或避免因时间因素对相角测量结果所产生的误差。同步信号发生器低通滤波器电压、电流互感器频率跟踪器GPS接收模块存储器微处理器通讯模块A/D转换器图1 PUM数据处理基本原理3 PMU技术的特点和作用3.1 PMU技术的特点PMU 技术在电力系统中的应用，具有以下几方面特点：同步相量测量单元，是电网广域功角和向量测量系统的运行基础；同步相量测量单元可以通过多样化的数据信息，为电力系统的稳定、安全运行提供切实保障；实时监测电力系统实际运行期间所产出的各类数据信息；小扰动条件下记录离线数据；大扰动条件下记录录波数据。3.2 PMU技术的作用（1）对电力系统进行快速故障分析。对于传统的电力系统而言，相关单位通常是基于不同地区的时标问题，开展广域范围内电力系统的故障分析检测作业，在此种条件下，受范围影响导致无法及时发现故障点，进而在一定程度上，降低了故障原因分析及处理的效率，若想切实提升电力系统的故障分析及检测效率，则需要投入较多的人力、物力以及时间资源等。利用PMU 技术，能够实现对带有精准时标的波形数据信息进行实时记录，从而为电力系统故障分析作业的顺利开展提供重要依据。另外，基于实时信息还能够实现基于线上方式，对电力系统中所产生的多样性故障原因进行追溯，以此为形成针对性解决策略奠定重要基础。（2）捕捉电网的低频振荡。同步相量测量单元的另一个重要功能，便是低频振荡捕捉。在传统的电力系统中，由于 SCADA 系统的分析功能仅能达到捕捉秒级低频振荡的效果，导致在电网低频振荡捕捉作业中，存在较大的局限性与不可靠性。而 PMU 技术在实际应用期间，能够实现传输100 Hz/s 的通信速度，提升电网低频振荡捕捉作业中的全面性与可靠性。（3）测量发电机功角。发电机功角主要是指，电网参考点母线电压或定子端电压正序向量与发电机转子内电势之间的夹角，如图2所示。一般情况下，发电机功角是电力系统实际运行期间，稳定性、安全性等相关重要表征状态的变化参数之一，同时也是分析电网所存在的失稳、震荡、扰动等相关现象的重要数据信息。利用 PMU 技术能够有效获取到发电机功角数据。ABC图2 发电机功角向量（4）分析发电机组的安全峪度和动态特性。利用PMU 技术，能够高效、精准、全面地获取到电力系统发电机组的 PSS 控制信号、AGC 控制信号、气门开度信号、励磁电流以及励磁电压等相关数据，基于此类数据信息，能够对发电机组的安全峪度和动态调频特性进行分析。4 电力系统稳定控制中PMU技术的应用路径4.1 PMU技术在动态监测中的应用为有效落实对电力系统的稳定控制效果，需要相关单位结合实际情况，以电力系统动态监测相关要求与规范为导向，形成一套具有较强针对性、完整性以及全面性的电力系统的动态监控系统，从而达到基于线上方式，对电力系统实际运行状态的动态化掌握效果。同时，基于动态监控系统所形成的电力系统实际运行状态数据信息，对现阶段电力系统运行稳定性进行分析，并在此基础上，基于以往电力系统运行状态数据信息，对未来某一时间点的电力系统状态进行预测，根据预测结果，对目前电力系统进行优化与改善，以此切实降低未来电力系统出现运行异常的概率，为电力系统稳定控制奠定重要基础。为此，相关单位应当结合实际情况，基于 PMU 技术的广域同步动态测量功能，实现对电网运行状态稳定性的动态监控效果，这也是现阶段乃至未来，PMU 技术动态监测功能在电力行业中的应用趋势。基于此，需要基于同步相量测量技术，对线路参数计算方式进行分析与探索，在有效获取线路两端同步电流和电压的条件下，对电力今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application2 0 2 3.5 今日自动化 872 0 2 3 年第5 期2023 No.5系统中的单位长度电感和电容、传播参数以及特性阻抗等，进行计算和明确。通过 PMU 的主站和子站形成广域测量系统（WAMS），其中 PMU 子站会在实际运行过程中，基于电力数据网络，将所采集的各类数据信息有效上传至 PMU 主站，PMU 主站则依据所接收的数据信息开展计算，从而实现对电力系统的控制效果。根据实际情况在电网系统中安装 PMU 设备，以此基于三相交流，完成对母线电压和线路电流的采样任务，而后根据向量算法，对正负零序向量、频率以及功率等相关参数进行计算，同时还能够获取到发电厂机组内的电势向量。基于 GPS 所形成的时间信号，设定相量数据时标，而后根据通用的接口协议，对此类测量数据进行打包处理，待数据信息打包完成后，将其发送至数据中心开展存储及同步处理。而数据中心便可以基于所接收的信息，对各发电机组的相对相角、各母线以及系统惯性中心角度等相关内容进行计算。通过专业的软件对所生成的各类数据信息进行评估，基于评估结果对电力系统运行稳定性进行判断，或是开展离线分析作业，为电力系统稳定控制的合理优化提供重要依据。4.2 基于PMU技术引入状态估计PMU 技术引入电力系统状态估计的主要措施为：将节点注入量测量数据、相角量、常规的无功潮流和有功潮流等相关测量数据，添加至状态估计中，通过多元化测量数据切实发挥 PMU 技术的测量性能，从而达到优化状态估计性能的效果。对于现阶段 PMU技术在电力系统状态估计中的应用而言，其具体应用模型主要有3种，分别是非线性估计模型和线性估计的融合模型、非线性估计模型、线性估计模型。4.3 PMU技术在暂态稳定分析层面中的运用电力系统控制中，传统暂态稳定性分析主要运用的原理是等面积法则，该法则在实际运用中，具有简便、计算速度快等优势特点。需要注意的是，该法则的应用具有一定的局限性，可能会对电力系统的稳定运行造成一定影响。例如，等面积法则强调，Pm（等效机械功率）应综合考量功率输出端发电机出力，同时要考虑输出端的具体负荷变化状况，但电力系统运行具有复杂和不确定性特点，不仅如此，电力系统的线路参数也会受到众多不确定性的客观因素影响。PMU 技术可以在传输线的两端，为电压相角提供同步采样数值，在此基础上，为等面积法则在暂态稳定性分析中的运用提供充足条件。此外，对数值积分法与模式识别法而言，也可以通过 PMU 技术介入，提高相应算法的精确性以及计算时间，从而为暂态稳定性分析提供全新技术思路，这也是电力系统稳定控制中暂定稳定控制的热点研究方面。4.4 PMU技术在状态评估中的运用电力系统运行状态评估，主要是借助数据采集及监控系统，去收集系统运行实时测量数据以及伪测量数据，然后利用非线性方程组，进行相关数据计算与求解，并利用迭代方法获取系统状态变量，即母线电压的幅值以及相角估计数值，最后通过可疑数据检测分析，将违法的数据信息进行去除，并对其余数据信息进行计算得出支路潮流，从而有效防范与避免错误信息对电力系统运行状态评估的干扰影响，确保相关数据结果的真实性和准确性，最终保证状态评估具备客观准确性。5 结束语PMU 技术的出现及合理应用，能够为现阶段电力系统的稳定控制与运行状态分析，提供全新的发展方向与研究思路，将 PMU 技术应用于电力系统稳定控制中，能够切实加强电力系统控制稳定性与实时性。不仅如此，根据电力系统运行具体需求，可以发挥 PMU 技术的应用价值，为电力企业在当今社会中的可持续发展、电力系统的优化和创新奠定关键技术基础，从而保障电力系统长期安全、稳定运行，并进一步助推电力行业高质量发展。参考文献1 马骞，杨荣照，朱泽翔，等.超低频振荡主导机组的在线监控方法 J.南方电网技术，2021（4）：66-72.2 李子康，刘灏，毕天姝，等.基于数据驱动的鲁棒性电力系统扰动识别 J.中国电机工程学报，2021（21）：7261-7274.